Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

ОСОБЕННОСТИ ПЛАВЛЕНИЯ В КАНАЛЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПЛЮМА И ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ БАЗАЛЬТОВОГО РАСПЛАВА В ГРИБООБРАЗНОЙ ГОЛОВЕ ПЛЮМА

https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0401

Полный текст:

Аннотация

В качестве масштаба тепловой мощности плюма используется критерий Ka=N/N1, где N– тепловая мощность, передающаяся от подошвы плюма в его канал, N1 – тепловая мощность, передаваемая от канала плюма в окружающую мантию. При 1.9<Ka<10 после прорыва расплава из канала плюма на поверхность происходит плавление массива коры над кровлей плюма и образуется грибообразная голова плюма. На основе данных экспериментального и теоретического моделирования представлена структура течения в расплаве канала и головы термохимического плюма, поднимающегося (выплавляющегося) от границы ядро–мантия к поверхности.На основе строения фазовой диаграммы модельной системы CaO–MgO–Al2O3–SiO2 показано, что в двух верхних конвективных ячейках канала плюма, в области основных и ультраосновных составов, плавление протекает по моновариантным равновесиям эвтектического типаL=Cpx+Opx+An+Sp и L=Fo+An+Cpx+Opx. При расширении состава указанной модельной системы щелочным компонентом до CaO–MgO–Al2O3–SiO2–Na2O в этих ячейках появляются условия для кристаллизационной дифференциации в виде процесса отделения кристаллов плагиоклаза. Отделение кристаллов плагиоклаза, обогащенных анортитовым компонентом, приводит к изменению состава остаточного расплава в направлении высоких содержаний кремнезема и щелочных компонентов. Проведены расчеты состава расплава, получающегося вследствие процессов тепло- и массопереноса в грибообразной голове плюма в предположении, что исходный состав расплава в ней – базальтовый. Расчеты проведены в два этапа: (1) после осаждения тугоплавких минералов на подошву головы плюма; (2) после осаждения плагиоклаза в расплаве, образовавшемся после первого этапа и содержащем 88.5 % плагиоклазового компонента. Результаты расчетов приведены в виде таблиц, представляющих процентное весовое содержание оксидов для твердой фазы, а также содержание оксидов и нормативный состав для остаточного расплава при температуре Tр=1410 °C и давлении P=2.6 кбар и P=6.3 кбар. Содержание SiO2 в остаточном расплаве составляет 59.6–62.3 % и соответствует содержанию SiO2 в коровом слое.

Об авторах

А. А. Кирдяшкин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
Россия

Алексей Анатольевич Кирдяшкин - доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, 

630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2



А. Г. Кирдяшкин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия

Анатолий Григорьевич Кирдяшкин - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3



Н. В. Сурков
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия

Никита Викторович Сурков - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3



Список литературы

1. Annen C., Blundy J.D., Sparks R.S.J., 2006. The genesis of intermediate and silicic magmas in deep crustal hot zones. Journal of Petrology 47 (3), 505–539. https://doi.org/10.1093/petrology/egi084.

2. Bell P.M., Roseboom E.H., 1969. Melting relationships of jadeite and albite to 45 kilobars with comments on melting diagrams of binary systems at high pressures. In: J.J. Papike, F.R. Boyd, J.R. Clark, W.G. Ernst, W.T. Holser (Eds.), Pyroxenes and amphiboles: crystal chemistry and phase petrology. Mineralogical Society of America Special Paper, vol. 2, p. 151–161.

3. Bowen N.L., 1913. The melting phenomena of the plagioclase feldspars. American Journal of Science 35 (210), 577–599. https://doi.org/10.2475/ajs.s4-35.210.577.

4. Brückner R., 2003. Silicon dioxide. In: G.L. Trigg (Ed.), Encyclopedia of Applied Physics. Wiley, New York, p. 101–131. https://doi.org/10.1002/3527600434.eap432.

5. Condie K.C., 2016. Earth as an Evolving Planetary System. Elsevier, Amsterdam, 418 p. https://doi.org/10.1016/C2015-0-00179-4.

6. Cranmer D., Uhlmann D.R., 1981. Viscosities in the system albite-anorthite. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 86 (B9), 7951–7956. https://doi.org/10.1029/JB086iB09p07951.

7. Cross W., Iddings J.P., Pirsson L.V., Washington H.S., 1902. A quantitative chemicomineralogical classification and nomenclature of igneous rocks. Journal of Geology 10 (6), 555–690. https://doi.org/10.1086/621030.

8. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 300 с.

9. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N., 2008. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps. Lithos 100 (1–4), 66–92. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2007.06.025.

10. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2005. Parameters of hot spots and thermochemical plumes. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 46 (6), 589–602.

11. Ernst R.E., 2014. Large Igneous Provinces. Cambridge University Press, Cambridge, 653 p. https://doi.org/10.1017/CBO9781139025300.

12. Fedortchouk Y., Matveev S., Carlson J.A., 2010. H2O and CO2 in kimberlitic fluid as recorded by diamonds and olivines in several Ekati Diamond Mine kimberlites, Northwest Territories, Canada. Earth and Planetary Science Letters 289 (3–4), 549–559. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.11.049.

13. Минералогическая энциклопедия / Ред. К. Фрей. Л.: Недра, 1985. 512 с.

14. Gladkov I.N., Distanov V.E., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2012. Stability of a melt/solid interface with reference to a plume channel. Fluid Dynamics 47 (4), 433–447. https://doi.org/10.1134/S0015462812040023.

15. Граменицкий E.H., Котельников А.Р., Батанова A.M., Щекина T.И., Плечов П.Ю. Экспериментальная и техническая петрология. M.: Научный мир, 2000. 416 с.

16. Huppert H.E., Sparks R.S.J., 1988. The generation of granitic magmas by intrusion of basalt into continental crust. Journal of Petrology 29 (3), 599–624, https://doi.org/10.1093/petrology/29.3.599.

17. Kerr A.C., Menzies M.A., 2012. Phanerozoic volcanism. In: D.G. Roberts, A.W. Bally (Eds.), Regional geology and tectonics: principles of geologic analysis. Vol. 1A. Elsevier, Amsterdam, p. 41–74.

18. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2004. Thermochemical plumes. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 45 (9), 1005–1024.

19. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Distanov V.E., Gladkov I.N., 2016. Geodynamic regimes of thermochemical mantle plumes. Russian Geology and Geophysics 57 (6), 858–867. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.05.003.

20. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Gurov V.V., 2017. Parameters of thermochemical plumes responsible for the formation of batholiths: results of experimental simulation. Geotectonics 51 (4), 398–411. https://doi.org/10.1134/S0016852117040057. 1

21. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Гидродинамика и тепломассообмен в грибообразной голове термохимического плюма // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 1. С. 263–286. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0348.

22. Kushiro I., Yoder H.S., Jr., 1966. Anorthite-forsterite and anorthite-enstatite reactions and their bearing on the basalteclogite transformation. Journal of Petrology 7 (3), 337–362. https://doi.org/10.1093/petrology/7.3.337.

23. Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V., Kravchinsky V.A., 2010. Phanerozoic hot spot traces and paleogeographic reconstructions of the Siberian continent based on interaction with the African large low shear velocity province. Earth-Science Reviews 102 (1–2), 29–59. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.06.004.

24. Lindsley D.H., 1968. Melting relations of plagioclase at high pressures. In: Y.A. Isachsen (Ed.), Origin of anorthosite and related rocks. Memoir 18, New York State Museum and Science Service, Albany, New York, p. 39–46.

25. MacDougall J.D. (Ed.), 1988. Continental Flood Basalts. Springer, Dordrecht, 341 p. https://doi.org/10.1007/978-94-015-7805-9.

26. MacGregor I.D., 1965. Stability fields of spinel and garnet peridotites in the synthetic system MgO–CaO–Al2O3–SiO2. In: Carnegie Institution of Washington Yearbook, vol. 64, p. 126–134.

27. Marsh B.D., 1981. On the crystallinity, probability of occurrence and rheology of lava and magma. Contributions to Mineralogy and Petrology 78 (1), 85–98. https://doi.org/10.1007/BF00371146. 24

28. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. I. Л.: Изд-во “Химия”, 1973. 656 с.

29. Pabst W., Gregorová E., 2013. Elastic properties of silica polymorphs – a review. Ceramics – Silikáty 57 (3), 167–184.

30. Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М.: Наука, 1984. 160 с.

31. Schairer J.F., Yoder H.S., Jr., 1960. The nature of residual liquids from crystallization, with data on the system nepheline-diopside-silica. American Journal of Science 258-A (Bradley Volume), 273–283.

32. Соболев В.С. Петрология траппов. Новосибирск: Наука, 1986. 209 с.

33. Сурков Н.В. Экспериментальное исследование устойчивости и плавления дивариантных ассоциаций в форстеритнормативной части системы CaO–MgO–Al2O3–SiO2 в связи с петрологией верхней мантии // Материалы по генетической и экспериментальной минералогии. Т. 11 / Ред. Н.В. Соболев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1995. С. 27–43.

34. Surkov N.V., Doroshev A.M., 1998. Phase diagram of the CaO–Al2O3–SiO2 system at pressures up to 40 kbar. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 39 (9), 1254–1268.

35. Surkov N.V., Gartvich Yu.G., 2012a. Physicochemical model for the crystallization of rocks of the calc–alkaline series. Geochemistry International 50 (10), 799–815. https://doi.org/10.1134/S0016702912100060.

36. Surkov N.V., Gartvich Yu.G., 2012b. Modeling of deep-seated high-alumina parageneses on the basis of the stability fields of corundum- and spinel-normative assemblages of the system CaO–MgO–Al2O3–SiO2. Russian Geology and Geophysics 53 (1), 51–61. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.12.004.

37. Вертушков Г.Н., Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам: Справочник. М.: Недра, 1992. 489 с.

38. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. 480 с.

39. Winter J.D., 2014. Principles of Igneous and Metamorphic Petrology. Harlow, Pearson, 739 p.

40. Wyllie P.J., Donaldson C.H., Irving A.J., Kesson S.E., Merrill R.B., Presnall D.C., Stolper E.M., Usselman T.M., Walker D., 1981. Experimental petrology of basalts and their source rocks. In: Basaltic volcanism on the terrestrial planets. Pergamon Press, New York, p. 493–630.

41. Русский перевод: Йодер Х. Происхождение базальтовой магмы. М.: Мир, 1979. 239 с.

42. Йодер Г.С., Тилли К.Э. Происхождение базальтовых магм (результаты экспериментального изучения природных образований и синтетических систем). М.: Мир, 1965. 248 с. https://doi.org/10.1093/petrology/3.3.342


Для цитирования:


Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Сурков Н.В. ОСОБЕННОСТИ ПЛАВЛЕНИЯ В КАНАЛЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПЛЮМА И ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ БАЗАЛЬТОВОГО РАСПЛАВА В ГРИБООБРАЗНОЙ ГОЛОВЕ ПЛЮМА. Геодинамика и тектонофизика. 2019;10(1):1-19. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0401

For citation:


Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Surkov N.V. FEATURES OF MELTING IN THE THERMOCHEMICAL PLUME CONDUIT AND HEAT AND MASS TRANSFER DURING CRYSTALLIZATION DIFFERENTIATION OF BASALTIC MELT IN A MUSHROOM-SHAPED PLUME HEAD. Geodynamics & Tectonophysics. 2019;10(1):1-19. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0401

Просмотров: 249


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2078-502X (Online)